Question

【题目】2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古德伊纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰三位科学家，以表彰他们在锂电池领域所做出的巨大贡献。请回答下列问题：

（1）LiCoO2、LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子核外电子排布式为___，基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为___；该能层能量最高的电子云在空间有___个伸展方向，原子轨道呈___形。

（2）[Co(NO3－)4]2－中Co2+的配位数为4，配体中N的杂化方式为__，该配离子中各元素的第一电离能由小到大的顺序为___(填元素符号)，1mol该配离子中含σ键数目为___NA。

（3）LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为___(用n代表P原子数)。

（4）钴蓝晶体结构如图，该立方晶胞由4个I型和4个Ⅱ型小立方体构成，其化学式为___，晶体中Al3+占据O2－形成的___(填“四面体空隙”或“八面体空隙”)。NA为阿伏加德罗常数的值，钴蓝晶体的密度为___g·cm－3(列计算式)。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 M 3 哑铃 sp2 Co、O、N 16 (PnO3n＋1)(n＋2)－ CoAl2O4 八面体空隙

【解析】

（1）Co为27号元素，Co原子核外有27个电子，根据核外电子排布规律可得其基态Co原子核外电子排布式；基态磷原子核外有三层电子，故最高能层符号为M，电子云在空间有3个伸展方向，原子轨道为哑铃型，故答案为：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；M；3；哑铃；

（2）NO3－中价层电子对数为，故为sp2杂化；一般情况下非金属性越强第一电离能越大，但由于N原子中最外层为半充满状态，比较稳定，故第一电离能大于O，所以第一电离能由小到大的顺序为Co、O、N；一个NO3－中有3个σ键，配位键也为σ键，故σ键数目为3×4+4=16，则1mol该配离子中含σ键数目为16NA，故答案为：sp2；Co、O、N；16；

（3）可以根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式推导：PO43-、P2O74-、P3O105-磷原子的变化规律为：1,2,3,4，n氧原子的变化规律为：4,7,10,3n+1 酸根所带电荷数的变化规律为：3,4,5,n+2；故答案为：(PnO3n＋1)(n＋2)－

（4）根据钴蓝晶体晶胞结构分析，一个晶胞中含有的Co、Al、O个数分别为：，，，所以化学式为CoAl2O4；根据结构观察，晶体中Al3+占据O2-形成的八面体空隙；该晶胞的体积为，该晶胞的质量为 ,所以密度为 ，故答案为：CoAl2O4；八面体空隙；。